电子综合实验实验报告-13(光照强度检测仪)

电子电路实验3综合设计总结报告题目：数字式光照强度检测仪的设计实现班级：20110824学号：2011082427姓名：张希希成绩：日期：2014.5.21一、摘要（归纳总结实验内容、测试结果）超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。目前已经广泛应用于小距离测距、机器人检测、车辆倒车雷达以及家居安防系统等流域。基于超声波的障碍物检测系统采用的是压电式超声波放生器，以51单片机为处理器核心。系统包括超声波发射，超声波接收，数码管显示，电平转换，报警提示共5个模块。51单片机产生超声波发射所需的40KHz方波信号，发射部分使用7404反相器做推挽驱动。接收部分使用CX20106对接收到的超声波信号进行放大，整形滤波。蜂鸣器和发光二极管能够提示探测前方一米左右处是否有障碍。数码管能够显示障碍物的距离，精度10%以内，探测距离范围从0.1米到2.5米。整个系统设计合理，灵敏度较高，工作状态稳定，可以应用于倒车雷达以及短距离检测系统之中。二、设计任务2.1设计选题选题十三：数字式光照强度检测仪的设计实现2.2设计任务要求用数码管显示光照强度；设置多个不同方向的光敏电阻，通过比较不同方向测得的光强数值判断光照方位，在数码管上显示其方位；将获得的电信号转换成光照强度单位下的数值，并用数码管显示，误差范围为±3LUX（以白天室内日光灯的光照强度为标准定义为100LUX）；要求在黑暗中显示00（十六进制），室内光最大显示63（十六进制），用小数点显示光照方向。1、光照传感器采用光敏电阻；2、光强值显示采用数码管；3、通过比较器实现光强方向的判断，若左侧光强大则数码管小数点亮，若右侧光强大则数码管小数全灭；4、误差范围为±3LUX，数模转换器建议选用8位并行转换器件；5、在无光照（即光敏电阻完全盖住）时，光强值显示为0；6、在正午（即中午12点）室内日光灯开启时，光强值显示为63（十六进制）；7、电源采样±5V供电，电路板功耗小于3W；8、采集显示时间延迟小于3秒。三、方案设计与论证（给出系统原理方框图，说明工作过程）利用51单片机产生40KHz的方波信号，经7404反相器推挽驱动超声波发生器产生超声波。超声波接收部分使用红外线专用接收集成芯片CX20106实现对40KHz信号的放大、滤波、整形，最后产生低电平信号可送给51单片机外部中断。单片机通过定时器计算发射和接收到超声波信号的时间间隔，再根据超声波在空气中的传播速度，便能够计算出障碍物的距离，再通过数码管显示出来。系统方框图见图1。图1系统方框图此方案没有使用555定时器，降低了系统的开发成本，CX20106电压增益理论最大值为84dB，在一定程度上限制了系统的灵敏度，但也足以满足本选题的技术指标要求，而且硬件电路结构简单，易于实现。四、电路单元参数的选定和设计实现（分模块介绍电路设计过程，设计过程的数值计算。如需仿真，给出仿真结果，如果用单片机，给出软件流程图。用multisim或者protel绘制电路图）4.1矩形波发生电路矩形波发生电路由两级构成，第一级由一个运放震荡产生1kHz的方波，输出的方波经过一个电阻分压网络，使方波波形幅度为5V，然后紧跟一个射随电路，前后级隔离，同时设置输出电阻为50Ω，电路如图2所示。图2矩形波发生电路矩形波发生电路参数计算过程如下：振荡周期112222ln(1)RTTTRCR要求1fKHz，选0.1CuF，5.1Rk，11.5Rk，21.5Rk仿真第一级输出波形如图3所示。图3第一级输出波形。。。。。。。。。。。。。。。4.6超声波发生子程序和超声波接收中断程序超声波发生子程序的作用是通过P1.4端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T1打开进行计时。开始INT0初始化发射超声波T0初始化T1初始化检测到障碍物？关闭全局中断，延时开启全局中断，使能T0、T1延时，使能INT0否关闭全局中断，关闭T0、T1进入int0子程序进入int0子程序是否小于1米？蜂鸣器发出响声二极管发光计算距离数码管显示否是是五、装调测试过程（测试仪器，测试过程，要有详细的测试步骤，测试数据处理，计算误差，附测试照片）5.1测试仪器（1）示波器；TDS3502B500MHz（2）电源：EM1712DC5.2矩形波发生电路部分电路测试矩形波发生电路加正负9V电源电压后，用示波器测试能够输出稳定方波，实际第一级输出波形如图14所示。图14第一级输出波形分压网络和射随后输出波形如图15所示。图4系统软件程序流程图图15矩形波发生电路输出波形使用示波器观察矩形波发生电路的输出波形，正常工作状态时是1.150KHz的方波信号，幅度为16.2V，经过电阻分压后为10.8V，观察射随电路的输出波形，波形幅度和频率都不发生变化。六、实验注意事项及主要可能故障分析（对作品的评估、存在问题、产生问题的原因及解决办法及心得体会）超声波发射和接收采用Φ15的超声波换能器TCT40-10F1（T发射）和TCT40-10S1（R接收），中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收器并接的滤波电容C9的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，系统能测距的范围为0.1～2.5m，测距仪最大误差不超过2cm，精度10%以内。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。七、参考文献[1]罗亚非凌阳16位单片机应用基础[M]北京航空航天大学出版社2003年12月第一版[2]薛钧义张彦斌虞鹤松樊波凌阳十六位单片机原理及应用[M]北京航空航天出版社2003年2月第1版[3]谭浩强C程序设计[M]清华大学出版社1999年12月第2版[4]沈美明温冬蝉IBM-PC汇编语言程序设计[M]清华大学出版社2001年8月第二版[5]凌阳大学计划网站附录应包括完整电路图，元器件清单，实物图照片和实验日志。如果有软件，附软件程序。附录1系统电路图附录2元器件清单CommentDesignatorQuantityValueCapC1,C2,C4,C54104CapPol1C3110uFCapPol1C6110uFCapC7,C8,C13330P,104CapSemiC9,C1220.051uF,330pFCapPol2C10,C1121uF,3.3uFLED2D11LG5022BHDS1,DS22DConnector9J41BellLS11SpeakerLS2,LS32CX20106P11MHDR1X2P21NPNQ11NPNQ2,Q32Res2R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R12,R13,R14,R16,R17,R18,R19171K,4.7,10K,22K,200K,470Res1R11,R15210K,100SW-SPSTS181RESETS191SN74S04DU11STC89C51U31MAX232U9112MY11附录3实物照片附录4软件程序#includereg51.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#definedata1P0#definedata2P2sbitled1=P1^0;sbitled2=P1^1;sbitring=P1^2;sbitlad=P1^3;sbitsend=P1^4;unsignedlongintdis=0;//定义距离变量uchardis1,dis2;uchartest=1,flag=0,flag1=5;//定义标志位uchartab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点的数字编码uchartab2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//不带小数点的数字编码voiddelay(uintus){while(us--);}voiddelay1(uintms){uinti,j;for(i=0;ims;i++);for(j=0;j2000;j++);}voidLedDisplay(uchardat1,uchardat2){led1=1;//第一位数码管位选led2=1;//第二位数码管位选data1=tab1[dat1];//第一位数码管段选data2=tab2[dat2];//第二位数码管段选}附录5实验日志